JP2022522371A - フォトニック結晶ファイバ、そのプリフォーム、製造方法及び使用 - Google Patents

フォトニック結晶ファイバ、そのプリフォーム、製造方法及び使用 Download PDF

Info

Publication number
JP2022522371A
JP2022522371A JP2021551928A JP2021551928A JP2022522371A JP 2022522371 A JP2022522371 A JP 2022522371A JP 2021551928 A JP2021551928 A JP 2021551928A JP 2021551928 A JP2021551928 A JP 2021551928A JP 2022522371 A JP2022522371 A JP 2022522371A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
coating layer
glass
layer
refractive index
core
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2021551928A
Other languages
English (en)
Other versions
JP7332706B2 (ja
Inventor
悦 孟
天勇 岳
峰 徐
亮 何
▲ベイ▼▲ベイ▼ 曹
松 汪
正超 呉
維軍 童
Original Assignee
長飛光繊光纜股▲ふん▼有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 長飛光繊光纜股▲ふん▼有限公司 filed Critical 長飛光繊光纜股▲ふん▼有限公司
Publication of JP2022522371A publication Critical patent/JP2022522371A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7332706B2 publication Critical patent/JP7332706B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/01205—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments starting from tubes, rods, fibres or filaments
    • C03B37/01211—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments starting from tubes, rods, fibres or filaments by inserting one or more rods or tubes into a tube
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/01205—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments starting from tubes, rods, fibres or filaments
    • C03B37/01211—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments starting from tubes, rods, fibres or filaments by inserting one or more rods or tubes into a tube
    • C03B37/0122—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments starting from tubes, rods, fibres or filaments by inserting one or more rods or tubes into a tube for making preforms of photonic crystal, microstructured or holey optical fibres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/014—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD]
    • C03B37/01446—Thermal after-treatment of preforms, e.g. dehydrating, consolidating, sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/014—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD]
    • C03B37/018—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD] by glass deposition on a glass substrate, e.g. by inside-, modified-, plasma-, or plasma modified- chemical vapour deposition [ICVD, MCVD, PCVD, PMCVD], i.e. by thin layer coating on the inside or outside of a glass tube or on a glass rod
    • C03B37/01853—Thermal after-treatment of preforms, e.g. dehydrating, consolidating, sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2201/00—Type of glass produced
    • C03B2201/06—Doped silica-based glasses
    • C03B2201/08—Doped silica-based glasses doped with boron or fluorine or other refractive index decreasing dopant
    • C03B2201/12—Doped silica-based glasses doped with boron or fluorine or other refractive index decreasing dopant doped with fluorine
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2201/00—Type of glass produced
    • C03B2201/06—Doped silica-based glasses
    • C03B2201/30—Doped silica-based glasses doped with metals, e.g. Ga, Sn, Sb, Pb or Bi
    • C03B2201/31—Doped silica-based glasses doped with metals, e.g. Ga, Sn, Sb, Pb or Bi doped with germanium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2203/00—Fibre product details, e.g. structure, shape
    • C03B2203/10—Internal structure or shape details
    • C03B2203/22—Radial profile of refractive index, composition or softening point
    • C03B2203/23—Double or multiple optical cladding profiles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2203/00—Fibre product details, e.g. structure, shape
    • C03B2203/42—Photonic crystal fibres, e.g. fibres using the photonic bandgap PBG effect, microstructured or holey optical fibres

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Manufacture, Treatment Of Glass Fibers (AREA)
  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

フォトニック結晶ファイバ、そのプリフォーム、製造方法及び使用である。前記プリフォームは、コアを形成するためのガラスフィラメント（１）と、内側被覆層のフッ素添加ユニットを形成するためのガラスフィラメント（２）と、内側被覆層のガラスケーシング（３）と、外側被覆層のガラスケーシング（５）と、を含む。ここで、前記コアを形成するためのガラスフィラメント（１）は、相対屈折率差Δ１が０．０８％～０．０９％であり、直径が１～４ｍｍである。内側被覆層のフッ素添加ユニットを形成するためのガラスフィラメント（２）は、外径が前記コアを形成するためのガラスフィラメントと同じであり、被覆と、相対屈折率差Δ２が－０．１４％～－０．８２％であるコア層と、を含む。前記被覆層材料は、前記内側被覆層のガラスケーシング（３）と同じ材料である。前記内側被覆層のガラスケーシング（３）は、厚さが２ｍｍ～２０ｍｍであり、相対屈折率差Δ３が０．０８％～０．１％である。前記外側被覆層のガラスケーシング（５）は、厚さが３０ｍｍ～９０ｍｍであり、等価屈折率が１．２２～１．２５である。光ファイバは、励起光に対する吸収が高く、かつ所望の波長帯域の信号光に変換し、同時に極めて大きなモードフィールド面積を取得し、かつ優れたビーム品質を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、光学及びレーザ光電子分野に属し、より具体的には、フォトニック結晶ファイバ、そのプリフォーム及び製造方法に関する。
近年のファイバレーザの急激な発展に伴い、レーザ出力をいかに向上させるかが研究の焦点の一つであり、非線形効果と熱損傷は、光出力のさらなる突破を実現するボトルネックである。この２つの問題を解決する鍵となる道の１つは、光ファイバのコア直径を大きくすることであるが、被覆層の吸収係数と変換効率を犠牲にしないと同時に、ビーム品質を大幅に劣化させることが多く、そこでイッテルビウムを添加したフォトニック結晶ファイバが生まれる。伝統的な意味でのフォトニック結晶ファイバの被覆層は、周期的に配列された空気孔で構成されることが多い。
しかしながら、これら周期的に配列された空気孔は、２つの問題をもたらす可能性がある。第１、被覆層の屈折率が低下し、コアと被覆層の屈折率差が大きすぎるという弊害がある。第２、空気孔を形成する毛細管は、線引きの際に、陥没しやすく、歩留まりが低く、かつビームの出力品質が不良となる。同時に空気の熱伝導性能が一般的であり、高出力の使用シーンでは、熱管理の難易度が高い。
従来技術の上述した欠陥又は改善の要求に対して、本発明は、フォトニック結晶ファイバ、そのプリフォーム、製造方法及び使用を提供し、その目的として、固体の低屈折率の周期的ユニットによって空気孔を代替して高品質、屈折率差調整可能な、高歩留まりのフォトニック結晶ファイバを形成し、その高出力、単一キャビティの低損失、ハイビーム品質のエネルギー伝送により、従来技術では品質制御が困難であること、コアと被覆層の屈折率差が大きすぎること、高出力での熱管理が難しいという技術的問題を解決すること、にある。
上記の目的を達成するために、本発明の１つの態様によれば、フォトニック結晶ファイバのプリフォームを提供し、コアを形成するためのガラスフィラメントと、内側被覆層のフッ素添加ユニットを形成するためのガラスフィラメントと、内側被覆層のガラスケーシングと、外側被覆層のガラスケーシングと、を含む。前記コアを形成するためのガラスフィラメントは、相対屈折率差Δ１が０．０８％～０．０９％であり、直径が１～４ｍｍである。内側被覆層のフッ素添加ユニットを形成するためのガラスフィラメントは、外径が前記コアを形成するためのガラスフィラメントと同じであり、被覆層と、相対屈折率差Δ２が－０．１４％～－０．８２％であるコア層と、を含み、前記被覆層は、材料が前記内側被覆層のケーシングの材料と同じであり、ｆ＝ｄＦ／ｄ１（ここで、ｄＦは、内側被覆層のフッ素添加ユニットを形成するためのガラスフィラメントの被覆層内径を示し、ｄ１は、内側被覆層のフッ素添加ユニットを形成するためのガラスフィラメントの被覆層外径を示す）で算出される前記フッ素添加ユニットのデューティ比ｆは、０．０８５～０．０９である。前記内側被覆層のガラスケーシングは、厚さが２ｍｍ～２０ｍｍであり、相対屈折率差Δ３が０．０８％～０．１％である。前記外側被覆層のガラスケーシングは、厚さが３０ｍｍ～９０ｍｍであり、純シリカガラス管である。前記内側被覆層のガラスケーシングと外側被覆層のガラスケーシングとは、同心のネスト構造であり、前記コアを形成するためのガラスフィラメントは、内側被覆層のガラスケーシングの中心にあり、前記内側被覆層のフッ素添加ユニットを形成するためのガラスフィラメントは、前記コアを形成するためのガラスフィラメントと前記内側被覆層ケーシングとの間に位置する。
好ましくは、前記フォトニック結晶ファイバのプリフォームにおいて、前記内側被覆層のガラスケーシングは、内径が２２～３７．５ｍｍであり、外径が４５～５０ｍｍであり、その内径は、内側被覆層のフッ素添加ユニットのガラスフィラメントの外径と層数との間に、Ｄ内１＝２ｎ１＊ｄ１、ｎ１≧４かつ１ｍｍ≦ｄ１≦４ｍｍ（ここで、Ｄ内１は、前記内側被覆層のガラスケーシングの内径を示し、ｎ１は、前記内側被覆層のフッ素添加ユニットのガラスフィラメントの層数を示し、ｄ１は、内側被覆層のフッ素添加ユニットを形成するためのガラスフィラメントの外径を示す）の関係を有する。好ましくは、前記外側被覆層のガラスケーシングは、内径が５０～６０ｍｍであり、外径が８０～１５０ｍｍである。
好ましくは、前記フォトニック結晶ファイバのプリフォームにおいて、前記フッ素添加ユニットのガラスフィラメントは、アレイ中心に位置するコアガラスフィラメントの周囲にアレイ状に密に配列され、前記コアを形成するためのガラスフィラメントと前記フッ素添加ユニットとを形成するためのガラスフィラメントの数の比は、０．５～３：１２であり、好ましくは１：１２、７：１２０、７：１６２、１９：８４、１９：１２０、又は１９：１６２である。
好ましくは、前記フォトニック結晶ファイバのプリフォームにおいて、前記外側被覆層のガラスケーシングの内壁は、低屈折率層を有し、前記低屈折率層は、密に配列されている毛細管ガラス管又は低屈折率ガラス材料層であり、前記毛細管ガラス管は、内径が２～４μｍであり、外径が２．５～５ｍｍであり、その両端が封口され、前記低屈折率層は、屈折率又は等価屈折率が１．２２～１．２５である。
本発明の別の態様によれば、前記フォトニック結晶ファイバのプリフォームの製造方法を提供し、以下のステップを含む。
（１）フッ素添加ユニットを形成するためのガラスフィラメントとコアを形成するためのガラスフィラメントとを、金型を用いて正六角形状に所定本数積み重ねてガラスフィラメント束に束ね、前記コアを形成するためのガラスフィラメントを中心に位置させる。
（２）ステップ（１）で得られたガラスフィラメント束を、内側ケーシングと外側ケーシングとの同心ネスト構造にする。
好ましくは、前記コアを形成するためのガラスフィラメントは、コア層の相対屈折率差Δ１が０．０８％～０．１％となるように、ライナ内に希土類添加コア層を堆積させ、ライナを除去して線引きして製造される。
前記フッ素添加ユニットを形成するためのガラスフィラメントは、予め設定された厚さまでライナ内に内側被覆層材料を堆積させ、次に、フッ素添加ガラス層の相対屈折率差Δ２が－０．１４％～－０．８２％となるようにフッ素添加ガラス層を堆積し、ライナを除去して線引きして製造される。
好ましくは、前記フォトニック結晶ファイバのプリフォームの製造方法において、前記外側被覆層のガラスケーシングの内壁が、密に配列されている毛細管ガラス管を有する場合、前記毛細管ガラス管は、純ケイ素ケーシングを所定の外径の毛細管に等比で引き、前記毛細管の両端を炎で封口して製造される。前記外側被覆層のガラスケーシングの内壁が、低屈折率ガラス材料層を有する場合、前記外側被覆層は、純シリカライナ内にフッ素添加層を堆積して製造される。
本発明の別の態様によれば、フォトニック結晶ファイバを提供し、コアと、内側被覆層と、外側被覆層と、を含む。前記コアは、相対屈折率差Δ１が０．０８％～０．１％であり、直径が４０～５０μｍである。前記内側被覆層は、直径が２００～４００μｍであり、相対屈折率差Δ３が０．０８％～０．１％であるバックグラウンド層と、バックグラウンド層内でコアを密に取り囲むようにアレイ状に配列され、相対屈折率差Δ２が－０．１４％～－０．８２％であるフッ素添加ユニットと、を含む。前記外側被覆層は、直径が８００μｍ～１０００μｍである。
好ましくは、前記フォトニック結晶ファイバにおいて、前記フッ素添加ユニットは、前記内側被覆層のうち、コアまでの厚さが内側被覆層の厚さの１／５から１／２である領域に分布し、その直径が１～１．４μｍであり、前記フッ素添加ユニットの中心間の距離は、１１．５～１６μｍである。
好ましくは、前記フォトニック結晶ファイバにおいて、前記コアは、イッテルビウム、アルミニウム、リンを共ドープしたシリカ層である。好ましくは、前記外側被覆層は、純シリカ層と低屈折率層とを含み、前記低屈折率層は、外側被覆層の最内面に位置し、その屈折率又は等価屈折率が１．２２～１．２５であり、周方向に配列された空気孔又は低屈折率ガラス材料層で構成される。
本発明の別の態様によれば、利得媒質として機能する前記フォトニック結晶ファイバの使用を提供する。
本発明は、コアの屈折率、内側被覆層のフッ素添加ユニットの屈折率、フッ素添加ユニットの幾何寸法、及び空気被覆層の幾何寸法を調整することにより、励起光に対する光ファイバの吸収が高く、かつ所望の波長帯域の信号光に変換することができるとともに、モードフィールド面積が極めて大きく、かつ優れたビーム品質を有する。
本発明の実施例１に係る二重被覆層型のイッテルビウム添加フォトニック結晶ファイバのプリフォームの模式図である。 本発明の実施例１に係る二重被覆層型のイッテルビウム添加フォトニック結晶ファイバの断面模式図である。 本発明の実施例１に係るイッテルビウムを添加した二重被覆層型のフォトニック結晶ファイバのシングルモード動作範囲グラフである。 本発明の実施例２に係る二重被覆層型のイッテルビウム添加フォトニック結晶ファイバのプリフォームの模式図である。 本発明の実施例２に係る二重被覆層型のイッテルビウム添加フォトニック結晶ファイバの断面模式図である。 本発明の実施例２に係るイッテルビウムを添加した二重被覆層型のフォトニック結晶ファイバのシングルモード動作範囲グラフである。 本発明の実施例１及び実施例２に用いられる全固体の二重被覆層型イッテルビウム添加フォトニック結晶ファイバのテストプラットフォームの模式図である。 本発明の実施例１及び実施例２に係る二重被覆層型のイッテルビウム添加フォトニック結晶ファイバの出力スポット図である。
本発明の目的、技術手段及び利点をより明確にするために、以下に実施例を参照して本発明をさらに詳細に説明する。本明細書に記載された具体的な実施例は、単に本発明を説明するためのものであり、本発明を限定するためのものではないことを理解されるべきである。なお、以下に説明する本発明の各実施形態に係る技術的特徴は、相互に矛盾しない限り、相互に組み合わせることができる。
本発明は、フォトニック結晶ファイバのプリフォームを提供し、コアを形成するためのガラスフィラメントと、内側被覆層のフッ素添加ユニットを形成するためのガラスフィラメントと、内側被覆層のガラスケーシングと、外側被覆層のガラスケーシングと、を含む。ここで、前記コアを形成するためのガラスフィラメントは、相対屈折率差Δ１が０．０８％～０．１％であり、直径が１～４ｍｍであり、好ましくは２～２．５ｍｍであり、形成されるコアの直径が３～６．５ｍｍである。
内側被覆層のフッ素添加ユニットを形成するためのガラスフィラメントは、外径が前記コアを形成するためのガラスフィラメントと同じであり、被覆層と、相対屈折率差Δ２が－０．１４％～－０．８２％であるコア層と、を含む。前記被覆層は、材料が前記内側被覆層のケーシングの材料と同じであり、バックグラウンド材料であり、被覆層の外径が１～４ｍｍである。好ましくは、ｆ＝ｄＦ／ｄ１（ここで、ｄＦは、内側被覆層のフッ素添加ユニットを形成するためのガラスフィラメントの被覆層内径を示し、ｄ１は、内側被覆層のフッ素添加ユニットを形成するためのガラスフィラメントの被覆層外径を示す）で算出される前記フッ素添加ユニットのデューティ比ｆは、０．０８５～０．０９である。形成される内側被覆層部分の直径は、４５～５０ｍｍである。
前記内側被覆層のガラスケーシングは、厚さが２ｍｍ～２０ｍｍであり、その内径は、内側被覆層のフッ素添加ユニットのガラスフィラメントの外径と層数との間に、以下の関係を有する。
Ｄ内１＝２ｎ１＊ｄ１、ｎ１≧４かつ１ｍｍ≦ｄ１≦４ｍｍ
ここで、Ｄ内１は、前記内側被覆層のガラスケーシングの内径を示し、ｎ１は、前記内側被覆層のフッ素添加ユニットのガラスフィラメントの層数を示し、ｄ１は、前記内側被覆層のフッ素添加ユニットのガラスフィラメントの外径を示す。
前記内側被覆層のガラスケーシングの外径は、光ファイバの内側被覆層直径、光ファイバのコア直径、コアを形成するためのイッテルビウム添加ガラスフィラメントの層数、内側被覆層を形成するための低屈折率のフッ素添加ユニットの外径と以下の関係を有する。
Ｄ外１＝（Ｄ６／Ｄ４）（２ｎ２－１）ｄ１、４０μｍ≦Ｄ４≦５０μｍ
ここで、Ｄ外１は、前記内側被覆層のガラスケーシングの外径を示し、Ｄ６は、前記光ファイバの内側被覆層の直径を示し、Ｄ４は、前記光ファイバのコア直径を示し、ｎ２は、コアを形成するためのイッテルビウム添加ガラスフィラメントの層数を示す。
前記内側被覆層を形成するためのバックグラウンド材料の相対屈折率差Δ３は、０．０８％～０．１％であり、好ましくはＧｅ添加のシリカである。
前記外側被覆層のガラスケーシングは、厚さが３０ｍｍ～９０ｍｍであり、その外径は、光ファイバの外径、光ファイバのコア直径、コアを形成するためのイッテルビウム添加ガラスフィラメントの層数、内側被覆層を形成するための低屈折率のフッ素添加ユニットの外径と以下の関係を有する。
Ｄ外２＝（Ｄ５／Ｄ４）（２ｎ２－１）ｄ１、８００μｍ≦Ｄ５≦１０００μｍ
ここで、Ｄ５は、前記光ファイバの外径を示す。
前記外側被覆層のガラスケーシングの内壁は、低屈折率層を有し、前記低屈折率層は、密に配列されている毛細管ガラス管又は低屈折率ガラス材料層である。その内径は、前記内側被覆層を形成するガラスケーシングの外径と以下の関係を有する。
Ｄ外２＝Ｄ外１＋２ｄ２
ここで、ｄ２は、外側被覆層の低屈折率の厚さを示す。
前記低屈折率層が、密に配列されている毛細管ガラス管である場合、前記外側被覆層のガラスケーシングは、内径が５０～６０ｍｍであり、外径が８０～１５０ｍｍであり、前記毛細管は、外径が２．５ｍｍ～５ｍｍであり、内径が２ｍｍ～４μｍであり、その両端が封口されている。
前記低屈折率層が低屈折率ガラス材料層である場合、前記外側被覆層のガラスケーシングは、内径が５０～６０ｍｍであり、外径が８０～１５０ｍｍであり、低屈折率ガラス材料層は、外径が６０～１００ｍｍであり、等価屈折率が１．２２～１．２５である。
前記内側被覆層のガラスケーシングと外側被覆層のガラスケーシングとは、同心のネスト構造であり、前記コアを形成するためのガラスフィラメントは、内側被覆層のガラスケーシングの中心にあり、前記内側被覆層のフッ素添加ユニットを形成するためのガラスフィラメントは、前記コアを形成するためのガラスフィラメントと前記内側被覆層ケーシングとの間に位置する。前記コアを形成するためのガラスフィラメントと前記フッ素添加ユニットを形成するためのガラスフィラメントとの数の比は、０．５～３：１２であり、好ましくは１：１２、７：１２０、７：１６２、１９：８４、１９：１２０、又は１９：１６２である。
本発明によるフォトニック結晶プリフォームは、線引きプロセスによって、本発明によるフォトニック結晶ファイバを製造することができる。
本発明によるフォトニック結晶ファイバのプリフォームの製造方法は、以下のステップを含む。
（１）フッ素添加ユニットを形成するためのガラスフィラメントとコアを形成するためのガラスフィラメントとを、金型を用いて正六角形状に所定本数積み重ねてガラスフィラメント束に束ね、前記コアを形成するためのガラスフィラメントを中心に位置させる。
前記コアを形成するためのガラスフィラメントは、コア層の相対屈折率差Δ１が０．０８％～０．１％となるように、ライナ内に希土類添加コア層を堆積させ、ライナを除去して線引きして製造される。ＭＣＶＤのＣＤＳ（希土類キレート化合物気相堆積法）プロセスを用いて純ケイ素のライナ内にイッテルビウム添加コアを堆積させることが好ましい。
前記フッ素添加ユニットを形成するためのガラスフィラメントは、予め設定された厚さまでライナ内に内側被覆層材料、好ましくはゲルマニウム添加ガラスを堆積させ、次に、フッ素添加ガラス層の相対屈折率差Δ２が－０．１４％～－０．８２％となるようにフッ素添加ガラス層を堆積し、ライナを除去して線引きして製造される。ＰＣＶＤプロセスを用いて純ケイ素のライナ内にゲルマニウム添加の内側被覆層材料及びフッ素添加ガラス層を堆積することが好ましい。
（２）ステップ（１）で得られたガラスフィラメント束を、内側ケーシングと外側ケーシングとの同心ネスト構造にする。
前記外側被覆層のガラスケーシングの内壁が、密に配列されている毛細管ガラス管を有する場合、前記毛細管ガラス管は、純ケイ素ケーシングを所定の外径の毛細管に等比で引き、前記毛細管の両端を炎で封口して製造される。前記外側被覆層のガラスケーシングの内壁が、低屈折率ガラス材料層を有する場合、前記外側被覆層は、フッ素添加層をライナ内に堆積させ、堆積が完了した後、純ケイ素ケーシングとの溶解収縮によって製造される。
本発明によるフォトニック結晶ファイバは、コアと、内側被覆層と、外側被覆層と、を含む。ここで、前記コアは、相対屈折率差Δ１が０．０８％～０．１％であり、直径４０μｍ～５０μｍである。前記コアは、イッテルビウム、アルミニウム、及び／又はリンが添加されたシリカであることが好ましい。
前記コアの相対屈折率差Δ１は、以下のようにして算出される。
Figure 2022522371000002
 ここで、ｎｃｏｒｅは、コアの屈折率であり、ｎｓｉは、純ケイ素の屈折率である。
前記内側被覆層は、直径が２００μｍ～４００μｍであり、バックグラウンド材料と周期的にバックグラウンド材料に配列されたフッ素添加ユニットとを含む。前記内側被覆層のうち、コアまでの厚さが内側被覆層の厚さの１／５から１／２である領域にフッ素添加ユニットが分布している。前記バックグラウンド材料は、屈折率差Δ３が０．０８％～０．１％であり、前記フッ素添加ユニットは、相対屈折率差Δ２が－０．１４％～－０．８２％であるガラス材料である。
前記フッ素添加ユニットの相対屈折率差Δ２は、次のようにして算出される。
Figure 2022522371000003
 ここで、ｎＦは、フッ素添加ユニットの屈折率であり、ｎｓｉは、純ケイ素の屈折率である。
前記バックグラウンド材料の屈折率差Δ３は、以下のように算出される。
Figure 2022522371000004
 ここで、ｎＧＥは、バックグラウンド材料の屈折率であり、ｎｓｉは、純ケイ素の屈折率である。
前記フッ素添加ユニットは、前記内側被覆層の８０μｍ～１１５μｍの領域に分布し、直径が１．２μｍ～１．５μｍであり、数量が７～１９であり、前記フッ素添加ユニットの中心間の距離が１２～１８μｍである。
前記外側被覆層は、等価屈折率が１．２２～１．２５であり、直径が８００μｍ～１０００μｍである。前記外側被覆層は、１．２２～１．２５の屈折率及び８００～１０００μｍの直径を有し、周期的に配列された空気孔又は低屈折率ガラス材料である低屈折率層を含む。
コアは、直径が４０～５０μｍであり、外径が８００μｍ～１ｍｍである。
本発明によるフォトニック結晶ファイバは、コアの超巨大なモードフィールド面積により、光ファイバが高出力レーザに耐えることができ、その被覆導波路構造により、光ファイバが大モードフィールド面積を前提にシングルモード伝送を支持することができ、ビーム品質が高い。その超巨大な内側被覆層開口数により、ファイバがより高出力の励起光を吸収することを可能にし、したがって高出力ファイバレーザの分野に適している。本発明によるフォトニック結晶ファイバは、その内側被覆層の周期的ユニットが全固体であり、従来の空気孔技術に対して、光ファイバの歩留まりが高く、生産コストを低減する。全体として、本発明によるフォトニック結晶ファイバは、高出力、単一キャビティの低損失、ハイビーム品質のエネルギー伝送に適し、利得媒体として適している。
以下、実施例を挙げる。
（実施例１）
フォトニック結晶ファイバのプリフォームは、図１に示すように、コアを形成するためのガラス素フィラメント１と、内側被覆層フッ素添加ガラスフィラメント２と、内側ケーシング３と、外側被覆層毛細管４と、外側ケーシング５と、を含む。ここで、コアは、７本のイッテルビウム添加ガラスフィラメントが正六角形に堆積してなり、その相対屈折率差Δ１＝０．０８５％であり、外径が２ｍｍである。内側被覆層は、８４本のフッ素添加ガラスフィラメントが正六角形に堆積して４層で構成され、フッ素添加ガラスフィラメントのフッ素添加領域の相対屈折率差Δ２は、－０．５５％であり、フッ素添加ガラスフィラメントのバックグラウンド材料は、ゲルマニウム添加シリカであり、その相対屈折率差Δ３が０．０８％であり、外径が２ｍｍであり、フッ素添加コア領域のデューティ比ｆが０．０８７５である。内側ケーシングは、ゲルマニウム添加シリカであり、その相対屈折率Δ４＝Δ３＝０．０８％であり、内径が２２ｍｍであり、外径が４５ｍｍである。外側被覆層の毛細管は、未添加のシリカガラスであり、内径が４ｍｍであり、外径が５ｍｍであり、前記毛細管３０本を内側ケーシングの周りに密に配列し、空気被覆層を形成する。外側ケーシングは、未添加のシリカガラスであり、内径が５５ｍｍであり、外径が１００ｍｍである。
前記光ファイバのプリフォームは、以下のように製造される。
（１）フッ素添加ガラスフィラメントの製造：ＰＣＶＤプロセスを利用して純ケイ素ライナ内にゲルマニウム添加被覆層とフッ素添加コアとを堆積し、堆積完了後、中実ガラス棒の外層の純ケイ素を完全に腐食させ、その後、ガラス棒を特定のサイズのガラスフィラメントに延ばす。ここで、ゲルマニウム添加被覆層のＧｅ添加モル濃度が０．８％～１％であり、フッ素添加コアのＦ添加モル濃度が０．４％～２．５である。
（２）イッテルビウム添加ガラスフィラメントの製造：ＭＣＶＤに基づくＣＤＳ（希土類キレート化合物気相堆積法）プロセスを利用して純ケイ素ライナ内にイッテルビウム添加コアを堆積し、堆積完了後、中実棒の外層の純ケイ素を研磨及び腐食プロセスによって完全に除去する。ここで、イッテルビウム添加コアのＹｂ添加モル濃度は、０．１５％～０．２％である。
（３）内側ケーシングの製造：ＰＣＶＤ技術を利用して純ケイ素ライナ内に一定の厚さのゲルマニウム添加被覆層を堆積し、堆積が完了した後に研磨及び腐食プロセスによってケーシングの外層の純ケイ素を完全に除去し、前記ケーシングの一方の先端を円錐状に延ばす。
（４）毛細管の製造：純ケイ素ケーシングを一定外径の毛細管に等比で延ばし、炎で毛細管の両端を封口する。
（５）外側ケーシングの製造：純ケイ素ケーシングを１本用意し、その一方の先端を円錐状に延ばし、洗浄乾燥する。
（５）プリフォームの組立：９１本の前記フッ素添加ガラスフィラメントを洗浄乾燥した後、六角形ケーシング型に正六角形に積み重ね、積み重ねた後、中心の７本のフッ素添加ガラスフィラメントを前記のイッテルビウム添加ガラスフィラメントに取り替え、次に、前記ガラスフィラメント束をニッケルワイヤとガーゼとで束ね、固定した後、六角形ケーシング型を取り外し、前記ガラスフィラメント束を前記内側ケーシングに入れ、その後、前記内側ケーシングを前記外側ケーシングに入れる。前記内側ケーシングと外側ケーシングとの間隙は、前記毛細管で満たされている。
図１に示すプリフォームを線引き炉に入れて線引きし、外径８００μｍの全固体フォトニック結晶ファイバを製造する。
得られたイッテルビウムフォトニック結晶ファイバは、断面が図２に示すように、コア２１、内側被覆層のフッ素添加ユニット２２及びゲルマニウム添加バックグラウンド材料２３、並びに、外側被覆層の空気孔２４及びシリカ材料２５を含む。ここで、コアの直径は、５０μｍであり、内側被覆層の直径は、３６０μｍであり、外側被覆層の直径は、８００μｍであり、コアＮＡは、０．０６であり、被覆層フッ素添加領域の直径は、１．４μｍであり、隣接する２つのフッ素添加ユニットの中心間距離は、１６μｍであり、空気孔の径方向幅は、１０μｍであり、隣接する２つの空気孔の間の壁厚は、０．５μｍであり、空気被覆層のＮＡは、０．８５であり、光ファイバの１０６４ｎｍにおけるモードフィールド直径は、６１μｍであり、シングルモード動作範囲は、図３に示すように８２０μｍより大きい。
中心波長９１５ｎｍの半導体レーザを励起源とし、本発明による全固体イッテルビウム添加フォトニック結晶ファイバを利得媒質とし、テストプラットフォームを構築し、図７に示すように、信号光の変換効率が７３％であり、９１５ｎｍにおける光ファイバの被覆層吸収係数が３．２ｄＢ／ｍであると測定する。
１０６４ｎｍのシングルモードレーザを信号光源とし、本発明による全固体二重被覆層型イッテルビウム添加フォトニック結晶ファイバのビーム品質を測定し、そのビーム品質因子Ｍ２が１．１であり、出力スポットとＭ２テストのフィット双曲線とを図５に示す。
（実施例２）
フォトニック結晶ファイバのプリフォームは、図１に示すように、コア１と、内側被覆層フッ素添加ガラスフィラメント２と、内側ケーシング３と、外側被覆層毛細管４と、外側ケーシング５と、を含む。ここで、コアは、７本のイッテルビウム添加ガラスフィラメントが正六角形に堆積してなり、その相対屈折率差Δ１＝０．０８５％であり、外径が２ｍｍである。内側被覆層は、８４本のフッ素添加ガラスフィラメントが正六角形に堆積して４層で構成され、フッ素添加ガラスフィラメントのフッ素添加領域の相対屈折率差Δ２は、－０．５５％であり、フッ素添加ガラスフィラメントのバックグラウンド材料は、ゲルマニウム添加シリカであり、その相対屈折率差Δ３が０．０８％であり、外径が２ｍｍであり、フッ素添加コア領域のデューティ比ｆが０．０８７５である。内側ケーシングは、ゲルマニウム添加シリカであり、その相対屈折率Δ４＝Δ３＝０．０８％であり、内径が２２ｍｍであり、外径が４５ｍｍである。外側被覆層のバックグラウンド材料は、低屈折率ガラスであり、その内径が４５ｍｍであり、その外径が１００ｍｍである。
前記光ファイバのプリフォームは、以下のように製造される。
（１）フッ素添加ガラスフィラメントの製造：ＰＣＶＤプロセスを利用して純ケイ素ライナ内にゲルマニウム添加被覆層とフッ素添加コアとを堆積し、堆積完了後、中実ガラス棒の外層の純ケイ素を完全に腐食させ、その後、ガラス棒を特定のサイズのガラスフィラメントに延ばす。ここで、ゲルマニウム添加被覆層のＧｅ添加モル濃度が０．８％～１％であり、フッ素添加コアのＦ添加モル濃度が０．４％～２．５である。
（２）イッテルビウム添加ガラスフィラメントの製造：ＭＣＶＤに基づくＣＤＳ（希土類キレート化合物気相堆積法）プロセスを利用して純ケイ素ライナ内にイッテルビウム添加コアを堆積し、堆積完了後、中実棒の外層の純ケイ素を研磨及び腐食プロセスによって完全に除去する。ここで、イッテルビウム添加コアのＹｂ添加モル濃度は、０．１５％～０．２％である。
（３）内側ケーシングの製造：ＰＣＶＤ技術を利用して純ケイ素ライナ内に一定の厚さのゲルマニウム添加被覆層を堆積し、堆積が完了した後に研磨及び腐食プロセスによってケーシングの外層の純ケイ素を完全に除去し、前記ケーシングの一方の先端を円錐状に延ばす。
（４）外側ケーシングの製造：１本の純シリコンケーシングを準備し、ＰＣＶＤプロセスを利用して純ケイ素ライナ内に一定の厚さの低屈折率層を堆積し、堆積が完了した後、研磨及び腐食プロセスによってケーシングの外層の純ケイ素を完全に除去し、焼戻し研磨を行い、前記ケーシングの一方の端部を円錐状にする。
（５）プリフォームの組立：１６９本の前記フッ素添加ガラスフィラメントを洗浄乾燥した後、六角形ケーシング型に正六角形に積み重ね、積み重ねた後、中心の７本のフッ素添加ガラスフィラメントを前記のイッテルビウム添加ガラスフィラメントに取り替え、次に、前記ガラスフィラメント束をニッケルワイヤとガーゼとで束ね、固定した後、六角形ケーシング型を取り外し、前記ガラスフィラメント束を前記内側ケーシングに入れ、その後、前記内側ケーシングを前記外側ケーシングに入れる。
図１に示すプリフォームを線引き炉に入れて線引きし、外径１０００μｍの全固体フォトニック結晶ファイバを製造する。
得られたイッテルビウムフォトニック結晶ファイバは、断面が図４に示すように、コア２１、内側被覆層のフッ素添加ユニット２２及びゲルマニウム添加バックグラウンド材料２３、並びに、外側被覆層の空気孔２４及びシリカ材料２５を含む。ここで、コアの直径は、６０μｍであり、内側被覆層の直径は、４５０μｍであり、外側被覆層の直径は、１０００μｍであり、コアＮＡは、０．０６であり、被覆層フッ素添加領域の直径は、１．７５μｍであり、隣接する２つのフッ素添加ユニットの中心間距離は、２０μｍであり、外側被覆層のＮＡは、０．２３であり、光ファイバの１０６４ｎｍにおけるモードフィールド直径は、５４μｍであり、シングルモード動作範囲は、図５に示すように１０５０μｍより大きい。
中心波長９１５ｎｍの半導体レーザを励起源とし、本発明による全固体イッテルビウム添加フォトニック結晶ファイバを利得媒質とし、テストプラットフォームを構築し、図７に示すように、信号光の変換効率が７３％であり、９１５ｎｍにおける光ファイバの被覆層吸収係数が３ｄＢ／ｍであると測定する。
１０６４ｎｍのシングルモードレーザを信号光源とし、本発明による全固体二重被覆層型イッテルビウム添加フォトニック結晶ファイバのビーム品質を測定し、そのビーム品質因子Ｍ２が１．２であり、出力スポットとＭ２テストのフィット双曲線とを図８に示す。以上の記載は、本発明の好適な実施例に過ぎず、本発明を限定するためのものではなく、本発明の趣旨や原則内に為したあらゆる修正、均等置換及び改良などがすべて本発明の保護範囲に含まれるべきということは、当業者にとって自明である。
（付記）
（付記１）
フォトニック結晶ファイバのプリフォームであって、コアを形成するためのガラスフィラメントと、内側被覆層のフッ素添加ユニットを形成するためのガラスフィラメントと、内側被覆層のガラスケーシングと、外側被覆層のガラスケーシングと、を含み、
前記コアを形成するためのガラスフィラメントは、相対屈折率差Δ１が０．０８％～０．０９％であり、直径が１～４ｍｍであり、
内側被覆層のフッ素添加ユニットを形成するためのガラスフィラメントは、外径が前記コアを形成するためのガラスフィラメントと同じであり、被覆層と、相対屈折率差Δ２が－０．１４％～－０．８２％であるコア層と、を含み、前記被覆層は、材料が前記内側被覆層のケーシングの材料と同じであり、ｆ＝ｄＦ／ｄ１（ここで、ｄＦは、内側被覆層のフッ素添加ユニットを形成するためのガラスフィラメントの被覆層内径を示し、ｄ１は、内側被覆層のフッ素添加ユニットを形成するためのガラスフィラメントの被覆層外径を示す）で算出される前記フッ素添加ユニットのデューティ比ｆは、０．０８５～０．０９であり、
前記内側被覆層のガラスケーシングは、厚さが２ｍｍ～２０ｍｍであり、相対屈折率差Δ３が０．０８％～０．１％であり、
前記外側被覆層のガラスケーシングは、厚さが３０ｍｍ～９０ｍｍであり、純シリカガラス管であり、
前記内側被覆層のガラスケーシングと外側被覆層のガラスケーシングとは、同心のネスト構造であり、前記コアを形成するためのガラスフィラメントは、内側被覆層のガラスケーシングの中心にあり、前記内側被覆層のフッ素添加ユニットを形成するためのガラスフィラメントは、前記コアを形成するためのガラスフィラメントと前記内側被覆層ケーシングとの間に位置する、
ことを特徴とするフォトニック結晶ファイバのプリフォーム。
（付記２）
前記内側被覆層のガラスケーシングは、内径が２２～３７．５ｍｍであり、外径が４５～５０ｍｍであり、その内径は、内側被覆層のフッ素添加ユニットのガラスフィラメントの外径と層数との間に、Ｄ内１＝２ｎ１＊ｄ１、ｎ１≧４かつ１ｍｍ≦ｄ１≦４ｍｍ（ここで、Ｄ内１は、前記内側被覆層のガラスケーシングの内径を示し、ｎ１は、前記内側被覆層のフッ素添加ユニットのガラスフィラメントの層数を示し、ｄ１は、内側被覆層のフッ素添加ユニットを形成するためのガラスフィラメントの外径を示す）の関係を有し、
前記外側被覆層のガラスケーシングは、内径が５０～６０ｍｍであり、外径が８０～１５０ｍｍである、
ことを特徴とする付記１に記載のフォトニック結晶ファイバのプリフォーム。
（付記３）
前記フッ素添加ユニットのガラスフィラメントは、アレイ中心に位置するコアガラスフィラメントの周囲にアレイ状に密に配列され、前記コアを形成するためのガラスフィラメントと前記フッ素添加ユニットを形成するためのガラスフィラメントとの数の比は、０．５～３：１２であり、好ましくは１：１２、７：１２０、７：１６２、１９：８４、１９：１２０、又は１９：１６２である、
ことを特徴とする付記１に記載のフォトニック結晶ファイバのプリフォーム。
（付記４）
前記外側被覆層のガラスケーシングの内壁は、低屈折率層を有し、前記低屈折率層は、密に配列されている毛細管ガラス管又は低屈折率ガラス材料層であり、前記毛細管ガラス管は、内径が２～４μｍであり、外径が２．５～５ｍｍであり、その両端が封口され、前記低屈折率層は、屈折率又は等価屈折率が１．２２～１．２５である、
ことを特徴とする付記１に記載のフォトニック結晶ファイバのプリフォーム。
（付記５）
以下のステップを含み、
（１）フッ素添加ユニットを形成するためのガラスフィラメントとコアを形成するためのガラスフィラメントとを、金型を用いて正六角形状に所定本数積み重ねてガラスフィラメント束に束ね、前記コアを形成するためのガラスフィラメントを中心に位置させる、
（２）ステップ（１）で得られたガラスフィラメント束を、内側ケーシングと外側ケーシングとの同心ネスト構造にする、
好ましくは、前記コアを形成するためのガラスフィラメントは、コア層の相対屈折率差Δ１が０．０８％～０．１％となるように、ライナ内に希土類添加コア層を堆積させ、ライナを除去して線引きして製造され、
前記フッ素添加ユニットを形成するためのガラスフィラメントは、予め設定された厚さまでライナ内に内側被覆層材料を堆積させ、次に、フッ素添加ガラス層の相対屈折率差Δ２が－０．１４％～－０．８２％となるようにフッ素添加ガラス層を堆積し、ライナを除去して線引きして製造される、
ことを特徴とする付記１～４のいずれか１つに記載のフォトニック結晶ファイバのプリフォームの製造方法。
（付記６）
前記外側被覆層のガラスケーシングの内壁が、密に配列されている毛細管ガラス管を有する場合、
前記毛細管ガラス管は、純ケイ素ケーシングを所定の外径の毛細管に等比で引き、前記毛細管の両端を炎で封口して製造され、
前記外側被覆層のガラスケーシングの内壁が、低屈折率ガラス材料層を有する場合、
前記外側被覆層は、純シリカライナ内にフッ素添加層を堆積して製造される、
ことを特徴とする付記５に記載のフォトニック結晶ファイバのプリフォームの製造方法。
（付記７）
フォトニック結晶ファイバであって、コアと、内側被覆層と、外側被覆層と、を含み、
前記コアは、相対屈折率差Δ１が０．０８％～０．１％であり、直径が４０～５０μｍであり、
前記内側被覆層は、直径が２００～４００μｍであり、相対屈折率差Δ３が０．０８％～０．１％であるバックグラウンド層と、バックグラウンド層内でコアを密に取り囲むようにアレイ状に配列され、相対屈折率差Δ２が－０．１４％～－０．８２％であるフッ素添加ユニットと、を含み、
前記外側被覆層は、直径が８００μｍ～１０００μｍである、
ことを特徴とするフォトニック結晶ファイバ。
（付記８）
前記アレイ状のフッ素添加ユニットは、前記内側被覆層のうち、コアまでの厚さが内側被覆層の厚さの１／５から１／２である領域に分布し、
前記フッ素添加ユニットは、直径が１～１．４μｍであり、
前記フッ素添加ユニットの中心間の距離は、１１．５～１６μｍである、
ことを特徴とする付記７に記載のフォトニック結晶ファイバ。
（付記９）
前記コアは、イッテルビウム、アルミニウム、リンを共ドープしたシリカ層であり、
前記外側被覆層は、純シリカ層と低屈折率層とを含み、前記低屈折率層は、外側被覆層の最内面に位置し、その屈折率又は等価屈折率が１．２２～１．２５であり、周方向に配列された空気孔又は低屈折率ガラス材料層で構成される、
ことを特徴とする付記７に記載のフォトニック結晶ファイバ。
（付記１０）
利得媒質として機能する、
ことを特徴とする付記７～９のいずれか１つに記載のフォトニック結晶ファイバの使用。
全ての図において、同一要素又は構造には同一符号を付する。
１：フォトニック結晶ファイバのプリフォームの、コアを形成するためのガラスフィラメント、２：内側被覆層のフッ素添加ユニットを形成するためのガラスフィラメント、３：内側被覆層のガラスケーシング、４：毛細管ガラス管、５：外側被覆層のガラスケーシング、２１：光ファイバのコア、２２：フッ素添加ユニット、２３：バックグラウンド材料、２４：外側被覆層の空気孔、２５：外側被覆層。

Claims (10)

  1. フォトニック結晶ファイバのプリフォームであって、コアを形成するためのガラスフィラメントと、内側被覆層のフッ素添加ユニットを形成するためのガラスフィラメントと、内側被覆層のガラスケーシングと、外側被覆層のガラスケーシングと、を含み、
    前記コアを形成するためのガラスフィラメントは、相対屈折率差Δ１が０．０８％～０．０９％であり、直径が１～４ｍｍであり、
    内側被覆層のフッ素添加ユニットを形成するためのガラスフィラメントは、外径が前記コアを形成するためのガラスフィラメントと同じであり、被覆層と、相対屈折率差Δ２が－０．１４％～－０．８２％であるコア層と、を含み、前記被覆層は、材料が前記内側被覆層のケーシングの材料と同じであり、ｆ＝ｄＦ／ｄ１（ここで、ｄＦは、内側被覆層のフッ素添加ユニットを形成するためのガラスフィラメントの被覆層内径を示し、ｄ１は、内側被覆層のフッ素添加ユニットを形成するためのガラスフィラメントの被覆層外径を示す）で算出される前記フッ素添加ユニットのデューティ比ｆは、０．０８５～０．０９であり、
    前記内側被覆層のガラスケーシングは、厚さが２ｍｍ～２０ｍｍであり、相対屈折率差Δ３が０．０８％～０．１％であり、
    前記外側被覆層のガラスケーシングは、厚さが３０ｍｍ～９０ｍｍであり、純シリカガラス管であり、
    前記内側被覆層のガラスケーシングと外側被覆層のガラスケーシングとは、同心のネスト構造であり、前記コアを形成するためのガラスフィラメントは、内側被覆層のガラスケーシングの中心にあり、前記内側被覆層のフッ素添加ユニットを形成するためのガラスフィラメントは、前記コアを形成するためのガラスフィラメントと前記内側被覆層ケーシングとの間に位置する、
    ことを特徴とするフォトニック結晶ファイバのプリフォーム。
  2. 前記内側被覆層のガラスケーシングは、内径が２２～３７．５ｍｍであり、外径が４５～５０ｍｍであり、その内径は、内側被覆層のフッ素添加ユニットのガラスフィラメントの外径と層数との間に、Ｄ内１＝２ｎ１＊ｄ１、ｎ１≧４かつ１ｍｍ≦ｄ１≦４ｍｍ（ここで、Ｄ内１は、前記内側被覆層のガラスケーシングの内径を示し、ｎ１は、前記内側被覆層のフッ素添加ユニットのガラスフィラメントの層数を示し、ｄ１は、内側被覆層のフッ素添加ユニットを形成するためのガラスフィラメントの外径を示す）の関係を有し、
    前記外側被覆層のガラスケーシングは、内径が５０～６０ｍｍであり、外径が８０～１５０ｍｍである、
    ことを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶ファイバのプリフォーム。
  3. 前記フッ素添加ユニットのガラスフィラメントは、アレイ中心に位置するコアガラスフィラメントの周囲にアレイ状に密に配列され、前記コアを形成するためのガラスフィラメントと前記フッ素添加ユニットを形成するためのガラスフィラメントとの数の比は、０．５～３：１２であり、好ましくは１：１２、７：１２０、７：１６２、１９：８４、１９：１２０、又は１９：１６２である、
    ことを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶ファイバのプリフォーム。
  4. 前記外側被覆層のガラスケーシングの内壁は、低屈折率層を有し、前記低屈折率層は、密に配列されている毛細管ガラス管又は低屈折率ガラス材料層であり、前記毛細管ガラス管は、内径が２～４μｍであり、外径が２．５～５ｍｍであり、その両端が封口され、前記低屈折率層は、屈折率又は等価屈折率が１．２２～１．２５である、
    ことを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶ファイバのプリフォーム。
  5. 以下のステップを含み、
    （１）フッ素添加ユニットを形成するためのガラスフィラメントとコアを形成するためのガラスフィラメントとを、金型を用いて正六角形状に所定本数積み重ねてガラスフィラメント束に束ね、前記コアを形成するためのガラスフィラメントを中心に位置させる、
    （２）ステップ（１）で得られたガラスフィラメント束を、内側ケーシングと外側ケーシングとの同心ネスト構造にする、
    好ましくは、前記コアを形成するためのガラスフィラメントは、コア層の相対屈折率差Δ１が０．０８％～０．１％となるように、ライナ内に希土類添加コア層を堆積させ、ライナを除去して線引きして製造され、
    前記フッ素添加ユニットを形成するためのガラスフィラメントは、予め設定された厚さまでライナ内に内側被覆層材料を堆積させ、次に、フッ素添加ガラス層の相対屈折率差Δ２が－０．１４％～－０．８２％となるようにフッ素添加ガラス層を堆積し、ライナを除去して線引きして製造される、
    ことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載のフォトニック結晶ファイバのプリフォームの製造方法。
  6. 前記外側被覆層のガラスケーシングの内壁が、密に配列されている毛細管ガラス管を有する場合、
    前記毛細管ガラス管は、純ケイ素ケーシングを所定の外径の毛細管に等比で引き、前記毛細管の両端を炎で封口して製造され、
    前記外側被覆層のガラスケーシングの内壁が、低屈折率ガラス材料層を有する場合、
    前記外側被覆層は、純シリカライナ内にフッ素添加層を堆積して製造される、
    ことを特徴とする請求項５に記載のフォトニック結晶ファイバのプリフォームの製造方法。
  7. フォトニック結晶ファイバであって、コアと、内側被覆層と、外側被覆層と、を含み、
    前記コアは、相対屈折率差Δ１が０．０８％～０．１％であり、直径が４０～５０μｍであり、
    前記内側被覆層は、直径が２００～４００μｍであり、相対屈折率差Δ３が０．０８％～０．１％であるバックグラウンド層と、バックグラウンド層内でコアを密に取り囲むようにアレイ状に配列され、相対屈折率差Δ２が－０．１４％～－０．８２％であるフッ素添加ユニットと、を含み、
    前記外側被覆層は、直径が８００μｍ～１０００μｍである、
    ことを特徴とするフォトニック結晶ファイバ。
  8. 前記アレイ状のフッ素添加ユニットは、前記内側被覆層のうち、コアまでの厚さが内側被覆層の厚さの１／５から１／２である領域に分布し、
    前記フッ素添加ユニットは、直径が１～１．４μｍであり、
    前記フッ素添加ユニットの中心間の距離は、１１．５～１６μｍである、
    ことを特徴とする請求項７に記載のフォトニック結晶ファイバ。
  9. 前記コアは、イッテルビウム、アルミニウム、リンを共ドープしたシリカ層であり、
    前記外側被覆層は、純シリカ層と低屈折率層とを含み、前記低屈折率層は、外側被覆層の最内面に位置し、その屈折率又は等価屈折率が１．２２～１．２５であり、周方向に配列された空気孔又は低屈折率ガラス材料層で構成される、
    ことを特徴とする請求項７に記載のフォトニック結晶ファイバ。
  10. 利得媒質として機能する、
    ことを特徴とする請求項７～９のいずれか１項に記載のフォトニック結晶ファイバの使用。
JP2021551928A 2019-05-30 2020-05-27 フォトニック結晶ファイバのプリフォーム、その製造方法及びフォトニック結晶ファイバ Active JP7332706B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910462027.5 2019-05-30
CN201910462027.5A CN110194587B (zh) 2019-05-30 2019-05-30 一种光子晶体光纤、其预制棒、制备方法及应用
PCT/CN2020/092518 WO2020238933A1 (zh) 2019-05-30 2020-05-27 一种光子晶体光纤、其预制棒、制备方法及应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022522371A true JP2022522371A (ja) 2022-04-18
JP7332706B2 JP7332706B2 (ja) 2023-08-23

Family

ID=67753443

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021551928A Active JP7332706B2 (ja) 2019-05-30 2020-05-27 フォトニック結晶ファイバのプリフォーム、その製造方法及びフォトニック結晶ファイバ

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP7332706B2 (ja)
KR (1) KR102565785B1 (ja)
CN (1) CN110194587B (ja)
WO (1) WO2020238933A1 (ja)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110194587B (zh) * 2019-05-30 2020-07-10 长飞光纤光缆股份有限公司 一种光子晶体光纤、其预制棒、制备方法及应用
CN111025456B (zh) * 2019-12-27 2020-12-08 武汉长盈通光电技术股份有限公司 一种微结构异形芯光纤及其制备方法
CN111897043B (zh) * 2020-07-20 2022-07-05 江苏永鼎股份有限公司 一种大模场微结构光纤
CN112851110B (zh) * 2021-01-14 2023-04-28 艾菲博(宁波)光电科技有限责任公司 一种轨道角动量传输的环形微结构光纤及制备方法
CN112811432B (zh) * 2021-03-18 2022-03-22 盐城师范学院 镱离子掺杂的二氧化硅激光微球的制备方法
CN113093326A (zh) * 2021-04-16 2021-07-09 北京工业大学 一种大模场面积光子晶体光纤
CN113381275A (zh) * 2021-06-17 2021-09-10 瑞燃(上海)环境工程技术有限公司 高精度光纤陀螺用抗辐照掺铒光子晶体光纤光源
CN114488387B (zh) * 2022-01-23 2024-03-26 武汉安扬激光技术股份有限公司 一种抑制受激布里渊散射的单模光纤
CN115124232B (zh) * 2022-07-15 2023-09-22 长飞光纤光缆股份有限公司 一种空芯微结构光纤预制棒、光纤及其制备方法
CN115180816B (zh) * 2022-08-17 2024-03-19 武汉安扬激光技术股份有限公司 用于制备高数值孔径空气包层光纤的方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006162869A (ja) * 2004-12-06 2006-06-22 Fujikura Ltd ダブルクラッドファイバとその製造方法及びダブルクラッドファイバ製造用プリフォーム
JP2007522497A (ja) * 2004-01-16 2007-08-09 イムラ アメリカ インコーポレイテッド 大コア穴あきファイバ
JP2007335435A (ja) * 2006-06-12 2007-12-27 Mitsubishi Cable Ind Ltd 光ファイバ
JP2009116193A (ja) * 2007-11-08 2009-05-28 Mitsubishi Cable Ind Ltd ダブルクラッドファイバ
JP2009211066A (ja) * 2008-02-29 2009-09-17 Sumitomo Electric Ind Ltd フォトニックバンドギャップ光ファイバ及びその製造方法
US20100079855A1 (en) * 2008-04-22 2010-04-01 Liang Dong Multi-clad optical fibers
JP2011107687A (ja) * 2009-10-23 2011-06-02 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光ファイバ
CN102213792A (zh) * 2011-06-09 2011-10-12 华中科技大学 一种大模场有源光纤及其制备方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050098350A (ko) * 2004-04-06 2005-10-12 삼성전자주식회사 단일모드 전송이 가능한 광자결정 광섬유 및 그 모재
US7756375B2 (en) * 2005-03-18 2010-07-13 The Furukawa Electric Co., Ltd. Optical fiber and waveguide
CN102147496A (zh) * 2011-03-23 2011-08-10 华中科技大学 一种空间用抗电离辐照有源光纤
DK2527893T3 (da) * 2011-05-27 2013-12-16 Draka Comteq Bv Optisk singlemode fiber
CN102621629B (zh) * 2012-04-11 2014-02-12 江苏法尔胜光子有限公司 一种耦合器用980光纤及其生产方法
CN103399376B (zh) * 2013-08-16 2016-04-13 长飞光纤光缆股份有限公司 一种弯曲不敏感单模光纤及其制造方法
CN103880279B (zh) * 2014-02-26 2016-08-17 中国科学院上海光学精密机械研究所 多组分玻璃全固态带隙型光子晶体光纤的制备方法
CN104749691B (zh) * 2015-04-28 2018-05-01 长飞光纤光缆股份有限公司 一种超低衰耗弯曲不敏感单模光纤
CN108802898B (zh) * 2018-08-29 2023-05-02 法尔胜泓昇集团有限公司 一种大模场掺镱有源光纤及其制备方法
CN110194587B (zh) * 2019-05-30 2020-07-10 长飞光纤光缆股份有限公司 一种光子晶体光纤、其预制棒、制备方法及应用

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007522497A (ja) * 2004-01-16 2007-08-09 イムラ アメリカ インコーポレイテッド 大コア穴あきファイバ
JP2006162869A (ja) * 2004-12-06 2006-06-22 Fujikura Ltd ダブルクラッドファイバとその製造方法及びダブルクラッドファイバ製造用プリフォーム
JP2007335435A (ja) * 2006-06-12 2007-12-27 Mitsubishi Cable Ind Ltd 光ファイバ
JP2009116193A (ja) * 2007-11-08 2009-05-28 Mitsubishi Cable Ind Ltd ダブルクラッドファイバ
JP2009211066A (ja) * 2008-02-29 2009-09-17 Sumitomo Electric Ind Ltd フォトニックバンドギャップ光ファイバ及びその製造方法
US20100079855A1 (en) * 2008-04-22 2010-04-01 Liang Dong Multi-clad optical fibers
JP2011107687A (ja) * 2009-10-23 2011-06-02 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光ファイバ
CN102213792A (zh) * 2011-06-09 2011-10-12 华中科技大学 一种大模场有源光纤及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110194587B (zh) 2020-07-10
WO2020238933A1 (zh) 2020-12-03
KR102565785B1 (ko) 2023-08-09
KR20210126761A (ko) 2021-10-20
JP7332706B2 (ja) 2023-08-23
CN110194587A (zh) 2019-09-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2022522371A (ja) フォトニック結晶ファイバ、そのプリフォーム、製造方法及び使用
JP4465527B2 (ja) 微細構造光ファイバ、プリフォーム及び微細構造光ファイバの製造方法
US9014523B2 (en) Large mode field active optical fiber and manufacture method thereof
JP3439892B2 (ja) 希土類元素添加マルチコアファイバ及びその製造方法
CN103257399B (zh) 一种用于光纤激光器且可滤除包层光的装置
JP5756787B2 (ja) 曲げ損失強化光ファイバ
CN110850522A (zh) 一种部分掺稀土光纤及其制备方法
JP6057340B2 (ja) マルチコア光ファイバ
JP5612654B2 (ja) ファイバ・レーザおよびファイバ増幅器用の希土類がドープされ有効区域が大きい光ファイバ
JP2007536580A (ja) 長波長用純シリカ製コアシングルモードファイバ及び該ファイバを形成する方法
EP1379901B1 (en) Thin walled core band-gap waveguides
CN111443419B (zh) 一种大模场抗弯多芯少模光纤
CN107935370B (zh) 一种增益泵浦一体化光纤的制备方法
CN111517637B (zh) 掺稀土多芯光纤、光纤预制棒及其制备方法和应用
CN108181683B (zh) 一种低串扰大模场面积多芯光纤及其制备方法
CN108562970B (zh) 激光光纤及其制造方法
JP2005055795A (ja) 偏波保持光ファイバ及びこの偏波保持光ファイバを用いた光波長変換器
WO2011001850A1 (ja) フォトニックバンドギャップファイバ用母材の製造方法、及び、フォトニックバンドギャップファイバの製造方法
WO2013031484A1 (ja) ファイバ
CN110927861B (zh) 9芯结构的细径保偏光子带隙光纤及制备方法
CN112346171A (zh) 一种芯径45微米以上可弯曲全固态单偏振光子带隙光纤
CN113093326A (zh) 一种大模场面积光子晶体光纤
CN111484242A (zh) 布拉格光纤预制棒、布拉格光纤及其制备方法和应用
JP6681306B2 (ja) マルチコアファイバ用母材の製造方法、及び、これを用いたマルチコアファイバの製造方法
JP6216263B2 (ja) マルチコアファイバ用母材及びこれを用いたマルチコアファイバ、及び、マルチコアファイバ用母材の製造方法及びこれを用いたマルチコアファイバの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210901

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220817

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220830

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20221130

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230131

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230411

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230608

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230801

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230810

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7332706

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150